WO2011121097A2 - Method and device for analysing molecular bonds - Google Patents

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WO2011121097A2 PCT/EP2011/055062 EP2011055062W WO2011121097A2 WO 2011121097 A2 WO2011121097 A2 WO 2011121097A2 EP 2011055062 W EP2011055062 W EP 2011055062W WO 2011121097 A2 WO2011121097 A2 WO 2011121097A2
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Thorsten Hugel
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Abstract

A scanning force microscope (1) is used for a measurement process in order to analyse the molecular bond to a probe molecule (5) of individual molecules which are in a solution. To this end, the bond parameters can be determined for the adsorbed state of the probe molecule (5), wherein the probe molecule (5) is adsorbed on an adsorption surface (7), or for a desorbed state of the probe molecule (5).

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Molekülbindun¬ gen Method and device for studying molecule bindings
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Untersuchung von Mole¬ külbindungen, bei dem: The invention concerns methods for the investigation of moles ¬ külbindungen, wherein:
- ein Messkopf und ein Adsorptionskörper mit einer Adsorptionsfläche bereitgestellt wird;  a measuring head and an adsorption body with an adsorption surface are provided;
- der Abstand zwischen dem Messkopf, der mit einem Sondenmo¬ lekül versehen ist, und dem Adsorptionskörper, an dessen Adsorptionsfläche das Sondenmolekül wenigstens teilweise adsorbiert ist, geändert wird; - is the distance between the measuring head which is provided with a Sondenmo ¬ lekül, and the adsorption body, to the adsorbing the probe molecule is at least partially adsorbed changed;
- mit Hilfe einer Kraftmessvorrichtung die Kraft gemessen wird, die von dem Sondenmolekül zwischen Messkopf und Adsorptionskörper vermittelt wird;  - Using a force measuring device, the force is measured, which is mediated by the probe molecule between the measuring head and adsorbent body;
- eine Kraft-Weg-Kurve bestimmt wird, die die Abhängigkeit der gemessenen Kraft von der Änderung des Abstandes zwischen Messkopf und Adsorptionskörper zeigt;  a force-displacement curve is determined which shows the dependence of the measured force on the change in the distance between the measuring head and the adsorption body;
- durch Auswertung von Kraftplateaus der Kraft-Weg-Kurve eine Desorptionsgröße des Sondenmoleküls an der Adsorptionsfläche im quasistationären Gleichgewicht bestimmt wird.  - By evaluation of force plateau of the force-displacement curve, a desorption size of the probe molecule at the adsorption in quasi-steady state equilibrium is determined.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. The invention further relates to an apparatus for carrying out the method.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der WO 2008/081044 AI bekannt. Mit dem bekannten Verfahren wird die Haftung von Einzelmolekülen an einer Substrat- Oberfläche untersucht. Zu diesem Zweck werden die Einzelmoleküle an ein Träger-Polymer gebunden. Das auf diese Weise gebildete Sondenmolekül wird an einem Messkopf angebracht, dessen Abstand zur Substratoberfläche variierbar ist. Mithilfe einer Kraftmessvorrichtung wird die Kraft gemessen, die vom Sondenmolekül zwischen Messkopf und Substratoberfläche vermittelt wird. Auf der Grundlage der Messwerte kann eine Kraft-Weg-Kurve bestimmt werden, die die Abhängigkeit der gemessenen Kraft von der Änderung des Abstandes zwischen Messkopf und Adsorptionskörper zeigt. Die Plateaustufen der Kraftplateaus können mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Insofern ist es möglich, die Desorptionskraft des Sondenmole- küls an der Adsorptionsfläche im quasistationären Gleichge¬ wicht zu bestimmen. Da die Desorptionskraft zwischen dem Sondenmolekül und der Substratoberfläche von den Einzelmole¬ külen vermittelt wird, lässt sich mit dem bekannten Verfahren die Haftung der Einzelmoleküle an der Substratoberfläche untersuchen. Such a method and device are known from WO 2008/081044 AI. The adhesion of single molecules to a substrate surface is investigated by the known method. For this purpose, the individual molecules are bound to a carrier polymer. The probe molecule formed in this way is attached to a measuring head whose distance to the substrate surface is variable. A force measuring device is used to measure the force imparted by the probe molecule between the measuring head and the substrate surface. On the basis of the measured values, a force-displacement curve can be determined, which determines the dependence of the measured force of the change in the distance between the measuring head and Adsorptionskörper shows. The plateau levels of the power plateaus can be determined with great accuracy. In this respect, it is possible that the Desorptionskraft Sondenmole- CRWT to determine on the adsorption in the quasi-stationary Equilibrium ¬ weight. Since the Desorptionskraft between the probe molecule and the substrate surface is mediated by the Einzelmole ¬ cules, can investigate the adhesion of the single molecules to the substrate surface with the known method.
Die Anwesenheit von gelösten im Vergleich zu dem Sondenmole¬ kül kleinen Molekülen wie organischen Verbindungen oder chemischen Prozessrückständen sind oftmals aus gesundheitli- chen oder qualitätstechnischen Gründen unerwünscht. Ein The presence of dissolved compared to the Sondenmole ¬ kül small molecules such as organic compounds or chemical process residues are often undesirable for gesundheitli- chen or quality-technical reasons. One
Nachweis ist aufgrund der schwachen Reaktivität vieler Sub¬ stanzen jedoch schwierig. Ferner können Lösemittelzusätze und Kosolute (z.B. Ionen, Liganden, Enzyme, andere kleine Biomo¬ leküle, unter anderem auch kleiner Proteine) die Faltung von Proteinen, die Assemblierung von Polymeren, die Haftung oder das Ablösen eines Makromoleküls von einer Grenzschicht verur¬ sachen. Gleichzeitig ist die Wechselwirkung von Kosoluten mit einem Makromolekül beeinflusst von der unmittelbaren Nähe zu einer Grenzfläche. Die Charakterisierung des Bindungsverhal- tens kleinerer Moleküle aus Lösung an ein Makromolekül ist aber von großer Bedeutung für viele technische Anwendungen, die in Lösung stattfinden: zum Beispiel die Herstellung molekularer Marker, die medizinische Diagnostik, beispiels¬ weise die Diagnostik von Blutzucker im Falle von Diabetes Mellitus, die Funktionalität von molekularer Sensortechnolo¬ gien, wie zum Beispiel "Lab on a chip" Anwendungen, und However, detection is difficult due to the poor reactivity of many substances . Further solvent additives and Kosolute (eg ions, ligands, enzymes, other small Biomo ¬ leküle, including small proteins), protein folding, the assembly of polymers, the adhesion or the peeling of a macromolecule Doomed of a boundary layer ¬ things. At the same time, the interaction of cosolutes with a macromolecule is influenced by their proximity to an interface. But the characterization of Bindungsverhal- least smaller molecules from solution to a macromolecule is of great importance for many technical applications, which take place in solution: for example the production of molecular markers, medical diagnostics, example ¬, the diagnosis of blood sugar in case of diabetes Mellitus, the functionality of molecular Sensortechnolo ¬ gies, such as "Lab on a chip" applications, and
Enzym- oder DNA-basierte Feldeffekttransistoren für die biomedizinische Technik. Die spezifische Ligandenadsorption an vereinzelten, wohl definierten Bindungsstellen kann durch klassische Methoden wie beispielsweise Fluoreszenz [1, 2] oder radioaktive Mar- kierung [3] untersucht werden. Dagegen ist für die unspezifi¬ sche Bindung, wie beispielsweise von Blutzucker, nur eine Methode zur Bestimmung der Anzahl der gebundenen Liganden für ternäre Systeme verfügbar. Derartige ternäre Systeme bestehen aus Makromolekül, Lösemittel und Kosoluten. Eine Strategie zur kompletten Charakterisierung innerhalb des technisch wichtigen Vierkomponentensystems, das zusätzlich noch eine ausgedehnte Oberfläche beinhaltet, existiert bisher noch nicht . Enzyme- or DNA-based field-effect transistors for biomedical engineering. The specific ligand adsorption at isolated, well-defined binding sites can be determined by classical methods such as fluorescence [1, 2] or radioactive labeling. cation [3]. In contrast, only a method for determining the number of bound ligand for ternary systems is for the unspezifi ¬ specific binding, such as blood glucose, available. Such ternary systems consist of macromolecule, solvents and cosolutes. A strategy for the complete characterization within the technically important four-component system, which additionally contains an extensive surface, does not yet exist.
Die Bindungscharakteristik in ternären Systemen kann mittels Kalorimetrie [4], Densiometrie [5] oder Gleichgewichtssedi¬ mentation [6] bestimmt werden. Die am häufigsten angewandte Methode ist die Isotherme Titrationskalorimetrie (=ITC) . The binding characteristics in ternary systems can calorimetry [4], densitometry [5] or Gleichgewichtssedi ¬ mentation [6] are determined. The most commonly used method is isothermal titration calorimetry (= ITC).
Diese benötigt jedoch eine gewisse Mindestmenge an Molekülen, um verlässliche Informationen über Änderungen der freien Energie und Bindungskonstanten zu liefern. Dabei steigt die Messgenauigkeit mit der verwendeten Menge an Makromolekülen an. Zusätzlich begrenzen Selbstassemblierung und Aggregation die Anwendbarkeit der ITC auf hydrophile und amphiphile However, this requires a certain minimum amount of molecules to provide reliable information about changes in free energy and binding constants. The measurement accuracy increases with the amount of macromolecules used. In addition, self-assembly and aggregation limit the applicability of the ITC to hydrophilic and amphiphilic ones
Moleküle [4] . Molecules [4].
Alternative Messmethoden zur Bestimmung der Molekül-Ligand- Wechselwirkung im thermodynamischen Gleichgewicht in der Nähe einer Oberfläche sind durch ihr räumliches und zeitlichesAlternative methods for determining the molecular-ligand interaction in thermodynamic equilibrium in the vicinity of a surface are by their spatial and temporal
Auflösungsvermögen eingeschränkt. Sehr spezifische Bindungen können, wie bereits erwähnt, durch Fluoreszenz untersucht werden. Dazu ist jedoch eine sehr verdünnte Lösung sowohl von Makromolekülen als auch von Kosoluten notwendig, was häufig eine starke Vereinfachung gegenüber dem technisch relevanten System darstellt. Zusätzlich ist eine chemische Modifikation der Kosolute notwendig. Eine andere gebräuchliche Methode zur Bestimmung von physikalischen Bindungsparametern bedient sich radioaktiver Kontrastmittel. Hier wird die räumliche Auflö- sung bestimmt durch die Reichweite des Beta-Emitters, die weit oberhalb molekularer Ausdehnungen liegt. Ähnliche Prob- lerne mit dem Auflösungsvermögen sind für die Ellipsometrie, Röntgen- und Neutronenstreuung gegeben, Resolution limited. Very specific binding can, as already mentioned, be investigated by fluorescence. For this purpose, however, a very dilute solution of both macromolecules and Kosoluten is necessary, which often represents a great simplification compared to the technically relevant system. In addition, a chemical modification of the Kosolute is necessary. Another common method for determining physical binding parameters makes use of radioactive contrast agents. Here, the spatial resolution is determined by the range of the beta-emitter, which is far above molecular dimensions. Similar problems learn with the resolution powers are given for ellipsometry, X-ray and neutron scattering,
In ZHANG, H.Y. and MARKO J.F, Maxwell relations for single- DNA experiments: Monitoring protein binding and double-helix torque with force-extension measurements , Physical Review E 77 (3), 2008 wird die Nutzung von Kraftkurven, die beim In ZHANG, H.Y. and MARKO J.F., Maxwell's Relationship for Single-DNA Experiments: Monitoring Protein Binding and Double-helix Torque with Force-extension Measurements, Physical Review E 77 (3), 2008 will review the use of force curves in the
Überstrecken von doppelsträngiger DNA (= dsDNA) entstehen, zur Charakterisierung der Bindung zwischen dsDNA und weiteren Molekülen theoretisch analysiert. Die gewonnenen Ergebnisse setzen die Besonderheiten beim Überstrecken von dsDNAs voraus und sind daher für die Untersuchung der Bindung von Einzelmoleküle an beliebige Makromoleküle nicht verwendbar. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich die Bindung von kleinen Einzelmolekülen an beliebige Makromoleküle, insbesondere auch einzelsträngigen DNAs, untersuchen lässt. Extensions of double-stranded DNA (= dsDNA) are generated, theoretically analyzed to characterize the binding between dsDNA and other molecules. The results obtained require the peculiarities of deletions of dsDNAs and are therefore not suitable for studying the binding of single molecules to any macromolecules. Based on this prior art, the object of the invention is therefore to specify a method with which the binding of small individual molecules to any macromolecules, in particular single-stranded DNAs, can also be investigated.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben. This object is achieved by a method and an apparatus having the features of the independent claims. In dependent claims advantageous embodiments and developments are given.
Bei dem Verfahren werden Sondenmoleküle wiederholt von der Adsorptionsfläche des Adsorptionskörpers abgezogen. Dabei wird die Aktivität der Einzelmoleküle in einem an die Adsorptionsfläche des Adsorptionskörpers angrenzenden Bereich variiert und eine Desorptionsgröße in Abhängigkeit von der Aktivität der Einzelmoleküle bestimmt. Indem ferner ein In the method, probe molecules are repeatedly withdrawn from the adsorbent surface of the adsorbent body. In this case, the activity of the individual molecules is varied in a region adjacent to the adsorption surface of the adsorption body and a desorption size is determined as a function of the activity of the individual molecules. In addition, by
Zusammenhang zwischen Desorptionsgröße und Aktivität ermittelt wird, lassen sich Bindungsparameter bestimmen, die die Bindung der Einzelmoleküle an das Sondenmolekül im adsorbier- ten und desorbierten Zustand des Sondenmoleküls beschreiben. Auf diese Weise ist es möglich, das Bindungsverhalten kleiner Moleküle an Makromolekülen im adsorbierten und desorbierten Zustand zu untersuchen. Determination of the relationship between desorption size and activity, binding parameters can be determined which describe the binding of the individual molecules to the probe molecule in the adsorbed and desorbed state of the probe molecule. In this way it is possible to make the binding behavior smaller To study molecules on macromolecules in the adsorbed and desorbed state.
Es sei angemerkt dass der Begriff der Aktivität in diesem Zusammenhang als Verallgemeinerung der Konzentration verstanden werden soll und somit auch Konzentrationen einschließt. It should be noted that the term activity in this context is to be understood as a generalization of the concentration and thus also includes concentrations.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Desorptionsgröße an wenigstens einer weiteren Adsorptionsflä- che von wenigstens einem weiteren Adsorptionskörper in Abhängigkeit von der Aktivität der Einzelmoleküle bestimmt. Die Materialbeschaffenheit der verschiedenen Adsorptionsflächen sollte sich dabei unterscheiden. Anhand der zwischen Desorptionsgröße und Aktivität für die verschiedenen Adsorptions- flächen ermittelten Zusammenhänge können dann Bindungsparameter bestimmt werden, die die Bindung der Einzelmoleküle an das Sondenmolekül im desorbierten Zustand und in den an die verschiedenen Adsorptionsflächen adsorbierten Zuständen des Sondenmoleküls beschreiben. Mit dieser besonderen Ausfüh- rungsform des Verfahrens kann die Genauigkeit, mit der sich die Bindungsparameter bestimmen lassen, erheblich gesteigert werden . In a particular embodiment of the method, the desorption size is determined on at least one further adsorption surface of at least one further adsorption body as a function of the activity of the individual molecules. The material properties of the different adsorption surfaces should differ. On the basis of the relationships determined between desorption size and activity for the various adsorption surfaces, binding parameters can then be determined which describe the binding of the individual molecules to the probe molecule in the desorbed state and to the states of the probe molecule adsorbed on the various adsorption surfaces. With this particular embodiment of the method, the accuracy with which the binding parameters can be determined can be increased considerably.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Desorptionsgröße bei verschiedenen Temperaturen in Abhängigkeit von der Aktivität der Einzelmoleküle bestimmt. Anhand von zwischen Desorptionsgröße und Aktivität ermittelten In a further embodiment of the method, the desorption size is determined at different temperatures as a function of the activity of the individual molecules. Based on between desorption size and activity determined
Zusammenhängen können dann die Bindungsparameter bestimmt werden, die die Bindung der Einzelmoleküle an das Sondenmole- kül in den desorbierten und adsorbierten Zuständen des Son¬ denmoleküls bei den verschiedenen Temperaturen beschreiben. Durch die zusätzlichen Daten kann die Genauigkeit bei der Bestimmung der Bindungsparameter ebenfalls erhöht werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird bei der Auswertung der Kraftplateaus die Desorptionskraft bestimmt. Indem der Zusammenhang zwischen Desorptionskraft und Aktivität ermit- telt wird, lassen sich Bindungsparameter bestimmen, die die Bindung der Einzelmoleküle an das Sondenmolekül im adsorbier¬ ten und desorbierten Zustand des Sondenmoleküls beschreiben. Auf diese Weise ist es möglich, das Bindungsverhalten kleiner Moleküle an Polymere im adsorbierten und desorbierten Zustand zu untersuchen. Contexts, the binding parameters can then be determined, which describe the binding of the single molecules to the Sondenmole- kül in the desorbed and adsorbed states of the Son ¬ denmoleküls at the various temperatures. The additional data can also increase the accuracy in determining the binding parameters. In a further embodiment, the desorption force is determined in the evaluation of the power plateau. By determining the relationship between desorption power and activity telt, will bond parameters that are determined that describe the binding of single molecules to the probe molecule in adsorbing ¬ th and desorbed state of the probe molecule. In this way it is possible to study the binding behavior of small molecules to polymers in the adsorbed and desorbed state.
Die mit dem Verfahren ermittelbaren Bindungsparameter sind insbesondere die Bindungskonstanten für die Bindung der The binding parameters which can be determined by the method are in particular the binding constants for the binding of the
Einzelmoleküle an das Sondenmolekül im Gleichgewichtszustand und die mittlere Bindungsstellenlänge, die gleich der Länge des Sondenmoleküls geteilt durch die Anzahl der Bindungsstel¬ len ist. Die Bindungskonstanten und die Bindungsstellenlängen können jeweils für den adsorbierten Zustand des Sondenmole- küls und für den desorbierten Zustand des Sondenmoleküls bestimmt werden. Single molecules to the probe molecule in the equilibrium state and the mean binding site length, which is equal to the length of the probe molecule divided by the number of binding Stel ¬ len. The binding constants and the binding site lengths can each be determined for the adsorbed state of the probe molecule and for the desorbed state of the probe molecule.
Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die Bindungskon¬ stante und die mittlere Bindungsstellenlänge im desorbierten Zustand unabhängig von der Beschaffenheit der Adsorptionsflä¬ che ist. Für die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen De- sorptionskraft und Aktivität können die den desorbierten Zustand des Sondenmoleküls betreffenden Bindungsparameter daher jeweils gleichgesetzt werden. In this case, it can be assumed that the Bindungskon ¬ stante and the mean length of binding sites in the desorbed state is independent of the nature of the Adsorptionsflä ¬ surface. For the determination of the relationship between desorption power and activity, the binding parameters concerning the desorbed state of the probe molecule can therefore be equated in each case.
Der Zusammenhang zwischen Desorptionskraft und Aktivität kann durch Anpassen einer Ausgleichsfunktion an Messwerte der Desorptionskraft bestimmt werden, wobei die Messwerte gegen die Änderung der Aktivität aufgetragen sind und die Parameter der Ausgleichsfunktion die Bindungskonstanten und die mittle¬ re Bindungsstellenlänge für den adsorbierten und desorbierten Zustand des Sondenmoleküls sind. Insbesondere bei Anpassen verschiedener Ausgleichsfunktionen an Messwerte der Desorpti- onskraft, die bei der Untersuchung von unterschiedlichen Adsorptionsflächen verwendet worden sind, kann die Genauig¬ keit bei der Bestimmung der Bindungsparameter wesentlich gesteigert werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird bei der Auswertung der Kraftplateaus die Desorptionslänge bestimmt. Aus der Abhängigkeit der Desorptionslänge von der Aktivität der The relationship between Desorptionskraft and activity can be determined by adjusting an equalizing function of measured values of the Desorptionskraft, wherein the measured values are plotted against the change in the activity and the parameters of the equalizing function, the binding constants and the mittle ¬ re binding sites length for the adsorbed and desorbed state of the probe molecule , In particular onskraft in matching different compensation functions on measurements of desorption, which have been used in the investigation of different adsorption areas that Genauig ¬ ness can be substantially increased in the determination of binding parameters. In a further embodiment, the desorption length is determined in the evaluation of the power plateau. From the dependence of the desorption length on the activity of the
Einzelmoleküle kann dann eine Anzahl der an das Sondenmolekül gebundenen Einzelmoleküle bestimmt werden. Single molecules can then be determined a number of the individual molecules bound to the probe molecule.
Um die Aktivität der Einzelmoleküle in dem an die Adsorpti¬ onsfläche des Adsorptionskörpers angrenzenden Bereich variie- ren zu können, sind die Einzelmoleküle in einem Lösungsmittel gelöst. Dabei kann ein gasförmiges oder flüssiges Lösungsmittel verwendet werden. In order to be able to ren variie- the activity of the individual molecules in the region adjoining the Adsorpti ¬ onsfläche of the adsorbent region, the individual molecules are dissolved in a solvent. In this case, a gaseous or liquid solvent can be used.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen: Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description, are explained in the embodiments of the invention with reference to the drawings in detail. Show it:
Figur 1 ein Rasterkraftmikroskop oder kurz Kraftmikro- skop(= Atomic Force Microscope = AFM) ; Figure 1 is an atomic force microscope or short force microscope (= Atomic Force Microscope = AFM);
Figur 2 eine Darstellung des Messkopfs des Kraftmikroskops aus Figur 1 im adsorbierten (A) und desor- bierten (B) Zustand eines an den Messkopf ange- brachten Sondenmoleküls; FIG. 2 shows a representation of the measuring head of the force microscope from FIG. 1 in the adsorbed (A) and desorbed (B) state of a probe molecule attached to the measuring head;
Figur 3 ein Diagramm mit Kraft-Weg-Kurven, die ein Kraftplateau aufweisen; Figure 3 is a diagram with force-displacement curves having a force plateau;
Figur 4 ein Diagramm mit gemessenen Ablöselängen; FIG. 4 shows a diagram with measured detachment lengths;
Figur 5 ein Diagramm mit gemessenen Haftkräften; Figure 5 is a diagram with measured adhesive forces;
Figur 6 eine Darstellung, die die Wechselwirkung zwischen Figure 6 is a representation showing the interaction between
Sondenmolekül, Einzelmolekülen und Adsorptions¬ fläche im adsorbierten Zustand veranschaulicht; Figur 7 eine Darstellung, die die Wechselwirkung zwischenProbe molecule, single molecules and adsorption ¬ surface illustrated in the adsorbed state; Figure 7 is a diagram showing the interaction between
Sondenmolekül und Einzelmolekülen im desorbierten Zustand veranschaulicht; Probe molecule and single molecules in the desorbed state illustrated;
Figur 8 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Figure 8 is a diagram showing the relationship between
Aktivität und Konzentration für eine Glukoselö¬ sung zeigt; Activity and concentration for a solution shows Glukoselö ¬;
Figur 9 ein Diagramm mit gemessenen Haftkräften bei Figure 9 is a diagram with measured adhesive forces at
verschiedenen Adsorptionsoberflächen einschlie߬ lich der ermittelten Kraftkurven; various adsorption surfaces confining ¬ Lich the force curves determined;
Figur 10 ein Diagramm mit der Anzahl gebundener Einzelmo- leküle pro Sondenmoleküllänge im desorbierten und adsorbierten Zustand für verschiedene Adsorpti- onsflächen; FIG. 10 shows a diagram with the number of bound single molecules per probe molecule length in the desorbed and adsorbed state for different adsorption surfaces;
Figur 11 ein Diagramm, in dem die Desorptionskraft in Figure 11 is a diagram in which the desorption in
Abhängigkeit von der Aktivität bei verschiedenen Temperaturen dargestellt ist; und  Dependence on activity at different temperatures is shown; and
Figur 12 ein Diagramm mit der Anzahl gebundener Einzelmo¬ leküle pro Sondenmoleküllänge im adsorbierten und desorbierten Zustand bei verschiedenen Temperatu¬ ren . Figure 12 is a chart showing the number of bound Einzelmo ¬ leküle per probe molecule length in the adsorbed and desorbed state at various tempera ¬ ren.
Figur 1 zeigt ein Rasterkraftmikroskop oder kurz Kraftmikro¬ skop (= Atomic Force Microscope = AFM) , das über einen Mess¬ kopf 2 verfügt, der an einer Blattfeder 3 angebracht ist. Die Blattfeder 3 ist an einem dem Messkopf 2 gegenüberliegenden Ende fest mit einer Halterung 4 verbunden. Der Messkopf 2 kann mit einem Sondenmolekül 5 versehen sein, bei dem es sich typischerweise um ein Makromolekül, insbesondere um ein 1 shows an atomic force microscope or just microscope force micro ¬ (= Atomic Force Microscope = AFM) which has a measuring ¬ head 2 which is mounted on a leaf spring. 3 The leaf spring 3 is fixedly connected to a holder 4 at an end opposite the measuring head 2. The measuring head 2 may be provided with a probe molecule 5, which is typically a macromolecule, in particular a
Polymer handelt. Polymer acts.
Das Kraftmikroskop 1 verfügt ferner über einen Adsorptions¬ körper 6, der eine dem Messkopf 2 und dem Sondenmolekül 5 zugewandte Adsorptionsfläche 7 aufweist. Der Adsorptionskör¬ per 6 befindet sich in einem Behälter 8, der mit einem Lö¬ sungsmittel 9 gefüllt ist. Der Behälter 8 ist auf einem The force microscope 1 further has an adsorption ¬ body 6, the one the measuring head 2 and the probe molecule. 5 having facing adsorption 7. The Adsorptionskör ¬ per 6 is located in a container 8, which is filled with a Lö ¬ sungsmittel 9. The container 8 is on a
Probenhalter 10 angeordnet, der so verfahren werden kann, dass der Abstand zwischen dem Messkopf 2 und der Adsorptions¬ fläche 7 variiert wird. Sample holder 10 is arranged, which can be moved so that the distance between the measuring head 2 and the adsorption ¬ surface 7 is varied.
Es sei angemerkt, dass das Lösungsmittel grundsätzlich sowohl gasförmig als auch flüssig sein kann. It should be noted that the solvent may in principle be both gaseous and liquid.
Das Kraftmikroskop 1 ist ferner mit einem Laser 11 ausgestat¬ tet, der einen Lichtstrahl 12 auf eine vom AdsorptionskörperThe force microscope 1 is further equipped with a laser 11 ausgestat ¬ Tet, the light beam 12 to one of the adsorption
6 abgewandten Rückseite 13 der Blattfeder 3 sendet. Der 6 facing away from the rear side 13 of the leaf spring 3 sends. Of the
Lichtstrahl 12 wird von dort zu einem Photodetektor 14 mit einer sektorierten Photodiode gelenkt. Das vom PhotodetektorLight beam 12 is directed from there to a photodetector 14 with a sectored photodiode. That from the photodetector
14 gelieferte Messsignal wird mithilfe einer Auswerteeinheit14 supplied measuring signal is using an evaluation unit
15 ausgewertet, bei der es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Rechner handeln kann. Die Auswerteeinheit 15 wird auch dazu verwendet, den Probenhalter 10 zu steuern. 15 evaluated, which may be, for example, a commercially available computer. The evaluation unit 15 is also used to control the sample holder 10.
Mit dem Kraftmikroskop 1 lässt sich die Desorptionskraft messen, mit der das Sondenmolekül 5 an der AdsorptionsflächeWith the force microscope 1, the desorption force can be measured, with which the probe molecule 5 at the adsorption
7 gehalten wird. Zu diesem Zweck wird der Probenhalter 8 derart betätigt, dass sich der Abstand zwischen dem Messkopf 2 und der Adsorptionsfläche 7 vergrößert. Da das Sondenmole¬ kül 5 an der Adsorptionsfläche 7 haftet, wird der Messkopf 2 etwas in Richtung auf die Adsorptionsfläche 7 hin bewegt, was zu einer Auslenkung des Lichtstrahls 12 führt. Diese Auslen¬ kung kann mithilfe des Detektors 14 erfasst werden. Da die Federkonstante der Blattfeder 3 bekannt ist, kann auf die Desorptionskraft geschlossen werden. 7 is held. For this purpose, the sample holder 8 is actuated such that the distance between the measuring head 2 and the adsorption surface 7 increases. Since the Sondenmole ¬ kül 5 adheres to the adsorptive surface 7, the measuring head 2 is moved slightly in the direction of the adsorption surface 7 down, which leads to a deflection of the light beam 12th This Auslen ¬ effect can be detected using the detector 14th Since the spring constant of the leaf spring 3 is known, it can be concluded that the desorption force.
In Figur 2 ist die Blattfeder 3 des Kraftmikroskops 1 über der Adsorptionsfläche 7 dargestellt. Der Messkopf 2 ist jeweils mit dem Sondenmolekül 5 versehen, das im adsorbierten Zustand (A) und im desorbierten Zustand (B) gezeigt ist. Figur 3 zeigt ein Diagramm mit einer Überlagerung von Kraft- Weg-Kurven 16, die Kraftplateaus 17 und eine Plateaustufe 18 aufweist. Die Kraft-Weg-Kurven wurden bei einem nachfolgend noch im Einzelnen beschriebenen Experiment aufgenommen, bei dem ein Poly (allylamin) -Molekül (PAAm) als Sondenmolekül 5 und eine oxidierte Diamantoberfläche als Adsorptionsoberflä¬ che 7 verwendet wurde. Figur 3 zeigt die Überlagerung von 20 typischen Kraft-Weg-Kurven 16, die mit ein und demselben PAAm-Molekül unter Gleichgewichtsbedingungen aufgenommen wurden, wie die geschwindigkeitsunabhängigen Kraftplateaus 17 belegen . FIG. 2 shows the leaf spring 3 of the force microscope 1 above the adsorption surface 7. The measuring head 2 is respectively provided with the probe molecule 5, which is shown in the adsorbed state (A) and in the desorbed state (B). FIG. 3 shows a diagram with a superimposition of force-displacement curves 16, which has force plateaus 17 and a plateau stage 18. The force-displacement curves were recorded in an experiment described in more detail below, in which a poly (allylamine) molecule (PAAm) was used as the probe molecule 5 and an oxidized diamond surface as Adsorptionsoberflä ¬ surface 7. FIG. 3 shows the superimposition of 20 typical force-displacement curves 16 recorded with one and the same PAAm molecule under equilibrium conditions, as shown by the velocity-independent force plateaus 17.
Durch Anpassen von Ausgleichsgeraden 19 an die Kraftplateaus 17 kann eine Desorptionskraft Fdes bestimmt werden, die gleich der Kraft ist, die benötigt wird, um das Sondenmolekül 5 unter Einhaltung eines quasistationären Gleichgewichtszustand von der Adsorptionsfläche 7 abzuziehen. Von Interesse ist ferner auch eine Desorptionslänge L, die gleich der Länge des an der Adsorptionsfläche 7 adsorbierten Abschnitts des Son- denmoleküls 5 ist. Das Produkt von Desorptionslänge L und Desorptionskraft Fdes, das einer Fläche 20 entspricht, ist gleich der freien Desorptionsenergie . By adjusting fit line 19 to the motor 17, a plateau Desorptionskraft of F can be determined, which is equal to the force required to pull the probe molecule 5 while maintaining a quasi-steady state of equilibrium of the adsorption. 7 Also of interest is also a desorption length L which is equal to the length of the adsorbed on the adsorption 7 portion of the special molecule 5. The product of L and Desorptionslänge Desorptionskraft F of which corresponds to a surface 20 is equal to the free desorption.
In Figur 4 und 5 sind typische Messwertverteilungen für die Desorptionslänge L und die Desorptionskraft Fdes dargestellt. Die Messwertverteilungen der Desorptionslänge L und Desorpti- onskraft Fdes umfassen die Ergebnisse von 100 Annäherungs- und Separationszyklen der Blattfeder 3 bei der Untersuchung des Adsorptionsverhalten eines PAAm-Moleküls in Glukoselösung auf einer oxidierten Diamantoberfläche . FIGS. 4 and 5 show typical measured value distributions for the desorption length L and the desorption force F des . The measured value distributions of the desorption length L and the desorptive force F des include the results of 100 approximation and separation cycles of the leaf spring 3 in investigating the adsorption behavior of a PAAm molecule in glucose solution on an oxidized diamond surface.
Im Folgenden werden einige thermodynamischen Relationen abgeleitet, mit deren Hilfe sich aus den in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Messergebnissen diverse Bindungsparameter bestim- men lassen. In Figur 6 ist das vollständig an die Adsorptionsfläche 7 adsorbierte Sondenmolekül 5 in der Anwesenheit von Einzelmo¬ lekülen 21 dargestellt, die in dem Lösungsmittel 9 gelöst sind. Die Einzelmoleküle 21 lagern sich an Bindungsstellen 22 des adsorbierten Sondenmoleküls 5 an und lösen sich wieder von den Bindungsstellen 22. Der Anlagerungsvorgang wird durch die Geschwindigkeitskonstante Ka on und der Ablösevorgang durch die Geschwindigkeitskonstante Ka off beschrieben. Figur 7 zeigt das Sondenmolekül 5 in einem weiteren Zustand, in dem das Sondenmolekül 5 von der Adsorptionsfläche 7 desor- biert ist. Die Einzelmoleküle 21 lagern sich an den Bindungs¬ stellen 22 des desorbierten Sondenmoleküls 5 an und lösen sich wieder von den Bindungsstellen 22. Der Anlagerungsvor- gang wird durch die Geschwindigkeitskonstante Kd on und der Ablösevorgang durch die Geschwindigkeitskonstante Kd off beschrieben . In the following, some thermodynamic relations are derived, with the aid of which various binding parameters can be determined from the measurement results shown in FIGS. 3 to 5. In Figure 6, the fully adsorbed to the adsorption surface 7 probe molecule 5 is shown in the presence of Einzelmo ¬ lekülen 21 which are dissolved in the solvent. 9 The single molecules 21 attach themselves to binding sites 22 of the adsorbed probe molecule 5 and detach again from the binding sites 22. The attachment process is described by the rate constant K a on and the detachment process by the rate constant K a off . FIG. 7 shows the probe molecule 5 in a further state in which the probe molecule 5 is desorbed from the adsorption surface 7. The individual molecules 21 attach themselves to the binding make ¬ 22 of the desorbed probe molecule 5 and 22 from the binding sites The Anlagerungsvor- dissolve again transition is described by the rate constant K d on and the release operation by the rate constant K d off.
Die Anlagerungsgeschwindigkeit dGa/d/dt im adsorbierten und desorbierten Zustand des Sondenmoleküls ist proportional zur Konzentration c der Einzelmoleküle 21 und der Anzahl der freien Bindungsstellen 22 (N = Nges x [1 - Θ]) entlang dem Sondenmolekül 5. B^L = K" .c-N8a-(l-0a,d) (1) The rate of attachment dG a / d / dt in the adsorbed and desorbed state of the probe molecule is proportional to the concentration c of the single molecules 21 and the number of free binding sites 22 (N = N ges x [1 - Θ]) along the probe molecule 5. B ^ L = K ".cN 8a - (l-0 a , d ) (1)
Die Ablösegeschwindigkeit d9a/d/dt ist proportional zum Anteil der besetzten Bindungsstellen (Nges x Qa/d) :The removal rate d9 a / d / dt is proportional to the proportion of occupied binding sites (Ng es x Q a / d ):
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
Das dynamische Gleichgewicht ist dann erreicht, wenn die Geschwindigkeit der Anlagerung neuer Einzelmoleküle 21 gleich der Geschwindigkeit der Ablösung bereits angelagerter Einzel- moleküle 21 ist. Durch Gleichsetzen der Anlagerungs- undThe dynamic equilibrium is reached when the rate of addition of new single molecules 21 is equal to the rate of detachment of already attached single molecules 21. By equating the accumulation and
Ablösegeschwindigkeiten und Auflösen nach Θ erhält man mit der Geschwindigkeitskonstante ( Ka/d = a/d 0n / a/ci0 ) jeweils die Langmuirsche Isotherme: Removal rates and dissolution after Θ are obtained with the rate constant (K a / d = a / d 0n / a / ci 0 ) each the Langmuir isotherm:
K ald (3) C ald (3)
Der Belegungsgrad Θ nimmt somit mit steigender Konzentration c der Einzelmoleküle 21 zu. Diese Relation gilt nur für ideale Mischungen. Bei nicht-idealen Mischungen ist die The occupancy rate Θ thus increases with increasing concentration c of the individual molecules 21. This relation applies only to ideal mixtures. For non-ideal mixtures, the
Konzentration c durch die Aktivität a der Einzelmoleküle 21 zu ersetzen. Für die Aktivität a und die Konzentration c gilt der Zusammenhang: α = γ - c ( 4 ) wobei γ der Aktivitätskoeffizient ist. Es gilt: a = exp( / kT) ( 5 ) dabei ist k die Boltzmannkonstante und T die Temperatur. Der Effekt der auf das Sondenmolekül wirkenden Desorptionskraft ist bislang noch nicht berücksichtigt worden. Das Verhalten des von Sondenmolekül 5 und angelagerten Einzelmolekülen 21 gebildeten Systems kann nun mithilfe eines thermodynamischen Potentials ähnlich dem großkanonischen Potential für offene Systeme beschrieben werden. Dieses Potential ergibt sich aus der Zustandsumme Z des Systems. Für das Differential dieses Potentials gilt: d(kT In Z)ald = L dFdes + ΝαΙάάμ + TalddL ( 6 ) wobei L die Desorptionslänge des Sondenmoleküls 5, Fdes die auf das Sondenmolekül 5 einwirkende Desorptionskraft, N die Zahl der besetzten Bindungsstellen 22 entlang dem Sondenmole¬ kül 5, μ das chemische Potential der Einzelmoleküle 21 und τ eine Linienspannung der Einzelmoleküle 21 entlang dem Sonden- molekül 5 ist, die gleich der freien Energie pro Längenein¬ heit ist. Im Gleichgewichtszustand folgt aus Gleichung (6) : dTa/d N Θ a,ld (7) άμ L d ald wobei d der Abstand zwischen den insgesamt vorhandenen Bindungsstellen entlang dem Sondenmolekül 5 ist. Der Abstand d wird nachfolgend auch als Bindungsstellenlänge d bezeichnet. Durch Kombination der Gleichung (7) mit Gleichung (3) erhält man für die Änderung der Linienspannung τ bei Änderung der Aktivität der Einzelmoleküle 21 den Zusammenhang: kT Concentration c by the activity a of the single molecules 21 to replace. For the activity a and the concentration c the relation holds: α = γ - c (4) where γ is the activity coefficient. The following applies: a = exp (/ kT) (5) where k is the Boltzmann constant and T is the temperature. The effect of the desorption force on the probe molecule has not yet been considered. The behavior of the system formed by probe molecule 5 and annealed single molecules 21 can now be described using a thermodynamic potential similar to the large-canon potential for open systems. This potential results from the state sum Z of the system. For the differential of this potential the following applies: d (kT In Z) ald = L dF of + Ν αΙά άμ + T ald dL (6) where L is the desorption length of the probe molecule 5, F is the desorption force acting on the probe molecule 5, N is the number the occupied binding sites 22 along the probe molecule ¬ molecule 5, μ the chemical potential of the single molecules 21 and τ a line voltage of the single molecules 21 along the probe molecule is 5, which is equal to the free energy per unit length ¬ unit. In the equilibrium state, equation (6) follows: d T a / d N Θ a, ld (7) άμ L d ald where d is the distance between the total binding sites along the probe molecule 5. The distance d is hereinafter also referred to as binding site length d. By combining Equation (7) with Equation (3), the change in line voltage τ results in a change in the activity of the single molecules 21: kT
d *a„/d  d * a "/ d
Bei der Desorption des Sondenmoleküls 5 von der Adsorptions¬ fläche 7 sind die an der Adsorptionsfläche 7 adsorbierten Abschnitte des Sondenmoleküls 5 und die desorbierten Abschnitte jeweils im thermischen Gleichgewicht. Das Gleichge wicht an dem Abschnitt des Sondenmoleküls 5, der an derDuring the desorption of the probe molecule 5 are out of the adsorption ¬ surface 7, the adsorbed on the adsorption portions 7 of the probe 5 and the desorbed portions each in thermal equilibrium. The equilibrium at the portion of the probe molecule 5, which at the
Adsorptionsfläche 7 adsorbiert ist, ist durch die Bindungs¬ konstante Ka und die Bindungsstellenlänge da beschrieben. Dei Zustand des Abschnitts des Sondenmoleküls 5, der von der Adsorptionsfläche 7 desorbiert ist, ist dagegen durch eine Bindungskonstante Kd und eine Bindungsstellenlänge dd bestimmt. Die Änderung der Linienspannung Δτ zwischen adsor¬ biertem und desorbiertem Zustand des Sondenmoleküls 5 ist daher gleich: kT kT Adsorption surface 7 is adsorbed, is described by the binding ¬ constant K a and the binding site length d a . In contrast, the state of the portion of the probe molecule 5 desorbed from the adsorption surface 7 is determined by a binding constant K d and a binding site length d d . The change in the line voltage Δτ between Adsor ¬ biertem and desorbed state of the probe 5 is therefore equal to: kT kT
AT =—ln(l + aKa) ln(l + aKd) (9) d„ d,, AT = -ln (1 + aK a ) ln (1 + aK d ) (9) d "d ,,
Dieser Unterschied der Linienspannung τ trägt hauptsächlich dazu bei, dass die Desorptionskraft von der Aktivität der Einzelmoleküle 21 abhängt: F(a) = F(a = 0) + Ar (10) This difference in the line stress τ mainly contributes to the fact that the desorption force depends on the activity of the single molecules 21: F (a) = F (a = 0) + Ar (10)
Es sei angemerkt, dass anhand der errechneten Bindungskon- stanten K auch die Bindungsenergie einer einzelnen Bindungsstelle berechnet werden kann: It should be noted that, based on the calculated binding constants K, the binding energy of a single binding site can also be calculated:
AG = -RTIn K (11) Das im Folgenden anhand eines konkreten Experiments näher beschriebene Verfahren ermöglicht den Nachweis von kleinen, in Lösung befindlichen Einzelmolekülen 21 und die Charakterisierung deren Bindung an das als Sondenmolekül 5 verwendete Makromolekül oder Polymer sowohl im gelösten als auch im oberflächenadsorbierten Zustand. Der Einfluss der gelöstenAG = -RTIn K (11) The procedure described in more detail below by means of a specific experiment makes it possible to detect small single molecules 21 in solution and to characterize their binding to the macromolecule or polymer used as probe molecule 5 both in the dissolved and in the surface adsorbed Status. The influence of the solved
Einzelmoleküle 21 auf die Wechselwirkung zwischen Sondenmolekül 5 und Adsorptionsfläche 7 aufgrund des unterschiedlichen Bindungsverhaltens der Einzelmoleküle 21 an das Sondenmolekül 5 kann dazu verwendet werden, die Anwesenheit der Einzelmole- küle 21 in dem Lösungsmittel 23 nachzuweisen. Single molecules 21 on the interaction between probe molecule 5 and adsorption surface 7 due to the different binding behavior of the single molecules 21 to the probe molecule 5 can be used to detect the presence of the individual molecules 21 in the solvent 23.
Durch die Übersetzung von Bindungsgleichgewichten in messbare Desorptionskräfte lassen sich ferner Bindungsparameter wie die Bindungskonstanten K, Bindungsstellenlängen d, Bindungs- energien sowie die Anzahl der gebundenen Einzelmoleküle 21 pro Länge ermitteln. Diese Bindungsparameter werden dabei nicht nur für den in Lösung befindlichen Zustand des Sondenmoleküls 5 bestimmt, sondern auch für den Fall, dass das Sondenmolekül 5 an der Adsorptionsfläche 7 anhaftet. By the translation of bond equilibria into measurable desorption forces, it is also possible to determine binding parameters such as the binding constants K, bond site lengths d, binding energies and the number of bound single molecules 21 per length. These binding parameters are determined not only for the state in solution of the probe molecule 5, but also for the case in which the probe molecule 5 adheres to the adsorption surface 7.
Das Verfahren wurde am Beispiel von Poly ( allylamin) getestet, das sich in Kontakt mit chirurgischen Edelstahl 316L oder mit oxidiertem Diamant befindet. Durch Auswertung der erhaltenen Kraft-Weg-Kurven 16 und der Anwendung der in den Gleichungen (1) bis (9) enthaltenen grundlegenden thermodynamischen The procedure was tested using poly (allylamine) in contact with 316L surgical stainless steel or with oxidized diamond. By evaluating the obtained force-displacement curves 16 and applying the basic thermodynamic formulas given in equations (1) to (9)
Relationen kann dabei auf die oben genannten Bindungsparameter geschlossen werden. Als Sondenmolekül 5 wird ein einzelnes Poly ( allylamin) - Molekül (PAAm) verwendet, das an die Spitze des Messkopfs 2 der Blattfeder 3 (AFM Cantilever) kovalent angebunden ist. Die kovalente Anbindung gewährleistet die notwendige Lang¬ zeitstabilität [7] um mit ein und demselben Sondenmolekül 5 für den Zeitraum von mehreren Stunden auf unterschiedlichen Adsorptionsflächen 7 in Zuckerlösungen unterschiedlicher Konzentration die Desorptionskräfte zu messen. Bei den Ein- zelmolekülen 21 handelt es sich insbesondere um Glukosemole¬ küle. Die Konzentration wurde in diesem Fall zwischen 0 und 1 M variiert. Die Spitze mit dem Sondenmolekül 5 wurde für eine Sekunde in Kontakt mit der Adsorptionsfläche 7 gebracht, um darauf zu adsorbieren. Die darauffolgende Desorption des Sondenmoleküls 5 mit einer Geschwindigkeit von 1 μιη/s wurde unter Gleichgewichtsbedingungen durchgeführt, wie aus den Kraftplateaus 17 ersichtlich war [8]. Relations can be closed to the above binding parameters. The probe molecule 5 used is a single poly (allylamine) molecule (PAAm) which is covalently bonded to the tip of the measuring head 2 of the leaf spring 3 (AFM cantilever). The covalent attachment ensures the necessary long-term stability ¬ [7] with, and to measure the same probe molecule 5 for the period from several hours to different adsorption faces 7 in glucose solutions of different concentrations, the Desorptionskräfte. In the on zelmolekülen 21 it is in particular Glukosemole ¬ molecules. The concentration in this case was varied between 0 and 1 M. The tip with the probe molecule 5 was brought into contact with the adsorbing surface 7 for one second to be adsorbed thereon. The subsequent desorption of the probe molecule 5 at a rate of 1 μιη / s was carried out under equilibrium conditions, as was apparent from the force plateau 17 [8].
Das Sondenmolekül 5 aus Figur 6 und 7 ist somit ein PAAm- Molekül, das in Figur 6 adsorbiert auf der Adsorptionsfläche 7 und in Figur 7 gestreckt in Lösung dargestellt ist. Die Einzelmoleküle 21 werden ferner von D-Glukosemolekülen gebil¬ det. Die Bindungskonstanten Ka = Ka on/Ka off für die Anlagerung der Glukosemoleküle an das PAAm-Molekül 5 im adsorbierten Zustand auf der Adsorptionsfläche 7 und die Bindungskonstan¬ ten Kd = Kd on/Kd off für das PAAm-Molekül in Lösung sowie die Anzahl der im jeweiligen Zustand gebundenen Glukosemoleküle können nun anhand der Desorptionskräft als Funktion der The probe molecule 5 from FIGS. 6 and 7 is thus a PAAm molecule adsorbed on the adsorption surface 7 in FIG. 6 and stretched in solution in FIG. The single molecules 21 are further gebil ¬ det of D-glucose molecules. The binding constants K a = K a on / K a off for the addition of glucose molecules to the PAAm molecule 5 in the adsorbed state on the adsorption surface 7 and the Bindungskonstan ¬ th K d = K d on / K d off for the PAAm molecule in solution as well as the number of glucose molecules bound in the respective state can now be determined on the basis of the desorption force as a function of
Glukoseaktivität bestimmt werden. Be determined glucose activity.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass eine präzise Bestim¬ mung der Bindungsparameter durch die Gibbs Adsorptionsiso¬ therme in nicht-idealen Lösungen die Messung der Kraft als Funktion der Glukoseaktivität anstelle der Glukosekonzentra- tion voraussetzt. In den hier beschriebenen Experimenten wurden deshalb die Werte für den Stoffmengenanteil x für Glukose in Aktivitäten a gemäß a = γχ umgerechnet und dabei der Aktivitätskoeffizient aus [9] und [10] benutzt. It is again pointed out that precise Bestim ¬ mung of binding parameters by the Gibbs Adsorptionsiso ¬ thermenregion presupposes in non-ideal solutions, the measurement of the force as a function of glucose type in place of the Glukosekonzentra- tion. In the experiments described here, therefore, the values for the mole fraction x for Glucose in activities a converted according to a = γχ and thereby the activity coefficient of [9] and [10] used.
In Figur 8 ist der Zusammenhang zwischen Glukosekonzentration und Glukoseaktivität aufgetragen. Aus Figur 8 ist ersicht¬ lich, dass für durchschnittliche Konzentrationen schwach miteinander wechselwirkender Glukosemoleküle die Eigenschaften der Lösung denen einer idealen Lösung ähnlich sind. FIG. 8 shows the relationship between glucose concentration and glucose activity. From Figure 8 is ersicht ¬ Lich, that the properties of the solution are similar to those of an ideal solution for average concentrations weakly interacting glucose molecules.
Insbesondere bei einer Konzentration mit einem Mol-Anteil unterhalb von 0,05 kann der Zusammenhang zwischen Konzentration und Aktivität durch eine linear ansteigende Kurve 23 angenähert werden. In diesem Bereich ist der Aktivitätskoeffizient konstant und nahe 1. Deshalb ergibt sich nur ein kleiner Fehler, wenn man Konzentrationen statt Aktivitäten verwendet. Allerdings kann es Systeme geben, die die Benutzung von Aktivitäten für eine genaue Bestimmung der Bindungsparameter unumgänglich machen. In particular, at a concentration with a mole fraction below 0.05, the relationship between concentration and activity can be approximated by a linearly increasing curve 23. In this range, the activity coefficient is constant and close to 1. Therefore, there is only a small error when using concentrations instead of activities. However, there may be systems that make the use of activities essential for accurate determination of binding parameters.
In Figur 9 sind die Messwerte für die Desorptionskraft von PAAm bei verschiedenen Glukosekonzentrationen auf Edelstahl (offene Dreiecke) und auf oxidiertem Diamant (gefüllte Dreiecke) bei 31 °C aufgetragen. Die Desorptionskraft auf oxi¬ diertem Diamant steigt mit der Glukosekonzentration an, während die Werte auf Edelstahl einen nicht-monotonen Verlauf zeigen. Die mit durchgezogenen Linien dargestellten Kraftkur¬ ven 24 und 25 stellen das Ergebnis einer gemeinsamen Aus¬ gleichsrechnung dar. Die Kraftkuren 24 und 25 sind die graphische Darstellung der in Gleichung (9) wiedergegebenen Funktion Δτ mit den für die jeweilige Adsorptionsfläche 7 bestimmten Bindungsparameter Ka/d und da/d, die unter der FIG. 9 shows the measured values for the desorption power of PAAm at various glucose concentrations on stainless steel (open triangles) and on oxidized diamond (filled triangles) at 31 ° C. The Desorptionskraft on oxi ¬ diertem diamond increases with the concentration of glucose, while the values point to a stainless steel non-monotonic course. The illustrated with solid lines power boost ¬ ven 24 and 25 illustrate the result of a common off ¬ same bill. The force cures 24 and 25, the graphical representation of the in equation (9) are reproduced function Δτ with those intended for the respective adsorption surface 7 bonding parameter K a / d and d a / d , which under the
Annahme ermittelt wurden, dass die Werte Kd und dd für den desorbierten Zustand jeweils gleich sind. Assuming that the values K d and d d for the desorbed state are the same in each case.
Von Bedeutung ist, dass die Ausgleichsrechnung an beiden Datensätze, die mit unterschiedlichen Materialien erhalten wurden, durchgeführt wird. Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens erheblich gesteigert werden. Die erhaltenen Werte für die Bindungsparameter, namentlich die Länge einer Gluko¬ sebindestelle d und die zugehörige Gleichgewichtskonstante K, sind daher für die beiden Zustände äußerst zuverlässig. In Figur 10 sind die Anzahl der besetzten Bindungsstellen 22 pro Längeneinheit dargestellte. Eine Kurve 26 gibt die Anzahl angelagerter Glukosemoleküle im desorbierten Zustand wieder, eine weitere Kurve 27 die Anzahl angelagerter Glukosemoleküle bei Adsorption an die Diamantoberfläche und eine dritte Kurve 28 die Anzahl angelagerter Glukosemoleküle bei Adsorption an die Stahloberfläche. Die Kurven 26 bis 28 ergeben sich gemäß Gleichung (7) aus der Ableitung der für die jeweiligen Zu¬ stände durch die Ausgleichsrechnung ermittelten Kraftkurven. Für Konzentrationen ab etwa 0,2 M übersteigt die Anzahl angelagerter Glukosemoleküle am PAAm-Molekül nahe der Stahl¬ oberfläche (Kurve 28) diejenige in Lösung (Kurve 26) . Dies hat den nicht-monotonen Verlauf der Kraftkurve 25 zur Folge. Mit dem hier beschriebenen Verfahren können auch die kleinen Unterschiede detektiert werden, die durch Variation der Importantly, the compensation calculation is performed on both sets of data obtained with different materials. As a result, the accuracy of the method can be significantly increased. The values obtained for binding parameters, including the length of a gluco ¬ sebindestelle d and the corresponding equilibrium constant K, therefore, are extremely reliable for the two states. FIG. 10 shows the number of occupied binding sites 22 per unit length. A curve 26 shows the number of accumulated glucose molecules in the desorbed state, another curve 27 the number of accumulated glucose molecules adsorbed to the diamond surface and a third curve 28 the number of accumulated glucose molecules adsorbed to the steel surface. The curves 26 to 28 arising in accordance with equation (7) from the derivative of the force curves obtained for the respective items to ¬ by the compensating calculation. For concentrations above about 0.2 M, the number of added glucose molecules exceeds the PAAm molecule near the steel surface ¬ (curve 28) is the one in solution (curve 26). This results in the non-monotonous course of the force curve 25. With the method described here, the small differences can be detected by varying the
Temperatur hervorgerufen werden. Temperature caused.
Figur 11 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Glukosebindung an das adsorbierte und gelöste PAAm-Molekül. Figur 11 zeigt insbesondere die Messwerte für die Desorptionskraft von PAAm auf oxidiertem Diamant in Glukoselösungen unterschiedlicher Konzentration bei 31 °C (offene Dreiecke) und 46 °C (gefüllte Dreiecke) . Die Kraftkurven 29 und 30 sind das Ergebnis von Ausgleichsrechnungen, mit denen die Funktionen gemäß Glei¬ chung (9) an die aufgetragenen Messwerte angepasst wurden. Figure 11 shows the temperature dependence of glucose binding to the adsorbed and dissolved PAAm molecule. FIG. 11 shows in particular the measured values for the desorption power of PAAm on oxidized diamond in glucose solutions of different concentration at 31 ° C. (open triangles) and 46 ° C. (filled triangles). The force curves 29 and 30 are the result of matching calculations with which the functions according sliding ¬ chung (9) have been adapted to the plotted measured values.
Figur 12 zeigt wiederum die Anzahl der gebundenen Glukosemo¬ leküle in Abhängigkeit von der Aktivität. Kurve 31 betrifft den desorbierten Zustand bei 46 °C, Kurve 32 den adsorbierten Zustand bei 46 °C, Kurve 33 den desorbierten Zustand bei 31 °C und Kurve 34 den adsorbierten Zustand bei 31 °C. Die Kraftkurven 29 und 30 können zur Erhöhung der Genauigkeit auch zusammen mit den Kraftkurven 24 und 25 in einer gemeinsamen Ausgleichsrechnung bestimmt werden. In turn Figure 12 shows the number of bound Glukosemo ¬ leküle depending on the activity. Curve 31 relates to the desorbed state at 46 ° C., curve 32 to the adsorbed state at 46 ° C., curve 33 to the desorbed state at 31 ° C., and curve 34 to the adsorbed state at 31 ° C. The force curves 29 and 30 can also be determined to increase the accuracy together with the force curves 24 and 25 in a common compensation calculation.
In Tabelle 1 sind die Ergebnisse der Ausgleichsrechnung eingetragen. Ein Blick auf Tabelle 1 zeigt, dass für das Diamantsubstrat die Bindungskonstante Ka für den adsorbierten Zustand etwa 8% größer ist als die Bindungskonstante Kd für den desorbierten Zustand bei 31 °C und sogar um ca. 20% größer bei 46 °C. Folglich sind mehr Glukosemoleküle an das PAAm-Molekül in seinem oberflächenhaftenden Zustand gebunden. Die zusätzlich gebunden Glukosemoleküle lösen sich beim Table 1 shows the results of the adjustment calculation. A look at Table 1 shows that for the diamond substrate , the adsorption state binding constant K a is about 8% greater than the binding constant K d for the desorbed state at 31 ° C and even about 20% greater at 46 ° C. Thus, more glucose molecules are bound to the PAAm molecule in its surface-adherent state. The additionally bound glucose molecules dissolve during
Desorbieren des PAAm-Polymers ab, was zu dem gemessenen Desorb the PAAm polymer, resulting in the measured
Anstieg der Desorptionskraft führt. Auch der Abstand zwischen zwei benachbarten Bindungsstellen erhöht sich beim Übergang vom adsorbierten zum desorbierten Zustand. Increase in desorption force leads. Also, the distance between two adjacent binding sites increases during the transition from the adsorbed to the desorbed state.
Für die Edelstahloberfläche kann der Verlauf der Kraftkurve 25 durch die Überlagerung unterschiedlicher Glukosebindungs¬ affinitäten erklärt werden. Bis zu einer Konzentration von ca. 0,2 M, entsprechend einer Aktivität a von ungefähr 5 x 10~3, bindet mehr Glukose an den gelösten Zustand im Ver¬ gleich zu dem an der Oberfläche adsorbierten Zustand des PAAm-Moleküls . Folglich steigt die Anzahl der gebundenenFor the stainless steel surface of the course of the force curve can be explained 25 by the superposition of different glucose binding affinities ¬. Up to a concentration of about 0.2 M, corresponding to an activity a of about 5 × 10 -3 , more glucose binds to the dissolved state in comparison to the state of the PAAm molecule adsorbed on the surface. Consequently, the number of bounds increases
Glukosemoleküle bei erzwungener Desorption des PAAm-Moleküls durch das zusätzliche Binden von Glukosemolekülen aus der umgebenden Glukoselösung. Bei höheren Konzentrationen bindet jedoch mehr Glukose an das an der Oberfläche adsorbierte PAAm-Molekül im Vergleich zu seinem gestreckten Zustand in Lösung. Folglich müssen Glukosemoleküle in Lösung gehen und das PAAm-Molekül verliert gebundene Glukosemoleküle, während das PAAm-Molekül von der Metalloberfläche abgezogen wird. Dies ist höchst wahrscheinlich durch die unterschiedliche Affinität von Glukose zu dem Substratmaterial selbst verursacht. Bei kleinen Konzentrationen wird der Zucker von der Metalloberfläche abgewiesen und zeigt eine reduzierte Tendenz an das PAAm-Molekül zu binden, wenn sich das PAAm-Molekül an der Oberfläche befindet. Mit steigender Glukosemenge an der Adsorptionsschicht 7, steigt auch die Zahl an adsorbierter Glukose, bis sich eine dichte Schicht aus Glukosemolekülen auf der Adsorptionsschicht 7 gebildet hat. Nun ist das Bin¬ dungsverhalten ähnlich dem auf der oxidierten Diamantoberfläche . Glucose molecules in forced desorption of the PAAm molecule by the additional binding of glucose molecules from the surrounding glucose solution. However, at higher concentrations, more glucose binds to the surface adsorbed PAAm molecule compared to its extended state in solution. Consequently, glucose molecules must go into solution, and the PAAm molecule loses bound glucose molecules while the PAAm molecule is stripped from the metal surface. This is most likely due to the different affinity of glucose for the substrate material itself. At low concentrations, the sugar is rejected from the metal surface and shows a reduced tendency to bind to the PAAm molecule when the PAAm molecule is at the surface. As the amount of glucose on the adsorption layer 7 increases, so does the number of adsorbed glucose until a dense layer of glucose molecules has formed on the adsorption layer 7. Now the Bin ¬ making behavior is similar to that on the oxidized diamond surface.
Anstelle der Desorptionskraft kann auch die Änderung der Desorptionslänge L als Funktion der Konzentration oder Aktivität der Einzelmoleküle 21 gemessen werden. Aufgrund der Anlagerung oder des Ablösens von Einzelmolekülen 21 an das Sondenmolekül 5 kommt es zu Änderungen in der Desorptionslänge. Durch deren Messung als Funktion der Aktivität oder der Konzentration kann die genaue Zahl der gebundenen Moleküle bestimmt werden, sofern die Längenänderung pro Einzelmoleküle bekannt ist. Instead of the desorption force, the change in the desorption length L as a function of the concentration or activity of the individual molecules 21 can also be measured. Due to the attachment or detachment of single molecules 21 to the probe molecule 5, there are changes in the desorption length. By measuring them as a function of activity or concentration, the exact number of bound molecules can be determined as long as the change in length per single molecule is known.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Finally, it should be noted that features and properties associated with a particular
Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist. Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprü¬ chen und in der Beschreibung der Singular den Plural ein¬ schließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint. Tabelle 1: Embodiment described can also be combined with another embodiment, except if this is excluded for compatibility reasons. Finally it is noted that the plural ¬ closes in correspond to the requirements ¬ chen and in the description, the singular, unless otherwise provided by the context. In particular, when the indefinite article is used, it means both the singular and the plural. Table 1:
Bindungsparameter von D-Glukose an PAAm auf Edelstahl 3161 und oxidiertem Diamant bei unterschiedlicher Temperatur. Binding parameter of D-glucose to PAAm on stainless steel 3161 and oxidized diamond at different temperature.
Edelstahl 316L O-Diamant O-Diamant Stainless steel 316L O-diamond O-diamond
Temperatur 31 °C 31 °C 46 °C  Temperature 31 ° C 31 ° C 46 ° C
Kd 1300 1300 1400 K d 1300 1300 1400
dd[Ä] 2.40 2.40 2.68 d d []] 2.40 2.40 2.68
AGd[kJ mol"1] 18.13 18.13 18.32 AG d [kJ mol "1 ] 18.13 18.13 18.32
Ka 114 1404 1789 K a 114 1404 1789
da[Ä] 0.99 2.15 2.55 d a [Ä] 0.99 2.15 2.55
AGa[kJ mol"1] 11.98 18.33 18.94 AG a [kJ mol "1 ] 11.98 18.33 18.94
Literatur : Literature:
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Untersuchung von Molekülbindungen, bei dem: 1. A method of studying molecular bonds, in which:
- ein Messkopf (2) und ein Adsorptionskörper (6) mit einer Adsorptionsfläche (7) bereitgestellt wird;  a measuring head (2) and an adsorption body (6) with an adsorption surface (7) are provided;
- der Abstand zwischen dem Messkopf (2), der mit einem  - the distance between the measuring head (2), with a
Sondenmolekül (5) versehen ist, und dem AdsorptionskörperProbe molecule (5) is provided, and the adsorption body
(4) , an dessen Adsorptionsfläche (7) das Sondenmolekül (5) wenigstens teilweise adsorbiert ist, geändert wird; (4), on whose adsorption surface (7) the probe molecule (5) is at least partially adsorbed, is changed;
- mit Hilfe einer Kraftmessvorrichtung (11-14) die Kraft gemessen wird, die von dem Sondenmolekül (5) zwischen Mess¬ kopf (2) und Adsorptionskörper (6) vermittelt wird; - Using a force measuring device (11-14) the force is measured, which is mediated by the probe molecule (5) between Mess ¬ head (2) and adsorbent body (6);
- eine Kraft-Weg-Kurve (16) bestimmt wird, die die Abhängig- keit der gemessenen Kraft von der Änderung des Abstandes zwischen Messkopf (2) und Adsorptionskörper (6) zeigt;  a force-displacement curve (16) is determined which shows the dependence of the measured force on the change in the distance between the measuring head (2) and the adsorption body (6);
- durch Auswertung von Kraftplateaus (17) der Kraft-Weg- Kurve (16) eine Desorptionsgröße (Fdes, L) des Sondenmoleküls- by evaluating force plateau (17) of the force-displacement curve (16) has a Desorptionsgröße (F of, L) of the probe molecule
(5) an der Adsorptionsfläche (7) im quasistationären Gleich- gewicht bestimmt wird, (5) is determined on the adsorption surface (7) in quasi-stationary equilibrium,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
- eine Aktivität von Einzelmolekülen (21) in einem an die Adsorptionsfläche (7) des Adsorptionskörpers (6) angrenzenden Bereich variiert wird,  an activity of individual molecules (21) is varied in a region adjoining the adsorption surface (7) of the adsorption body (6),
- die Desorptionsgröße (Fdes, L) in Abhängigkeit von der Aktivität der Einzelmoleküle (21) bestimmt wird und dass - the Desorptionsgröße (F of, L) is determined depending on the activity of the individual molecules (21), and that
- anhand eines zwischen Desorptionsgröße (Fdes, L) und Akti¬ vität ermittelten Zusammenhangs (24, 25, 29, 30) Bindungsparameter bestimmt werden, die die Bindung der Einzelmoleküle (21) an das Sondenmolekül (5) im adsorbierten und desorbier- ten Zustand des Sondenmoleküls (5) beschreiben. - Binding parameters are determined on the basis of a determined between desorption size (F des , L) and Akti ¬ vity (24, 25, 29, 30) binding parameters, the binding of the single molecules (21) to the probe molecule (5) in the adsorbed and desorbiert Describe the state of the probe molecule (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Desorptionsgröße (Fdes, L) an wenigstens einer weiterencharacterized in that the desorption size (F des , L) at least one further
Adsorptionsfläche (7) von wenigstens einem weiteren Adsorptionskörper (6) in Abhängigkeit von der Aktivität der Einzelmo- leküle (21) bestimmt wird und dass anhand von zwischen De- sorptionsgröße (Fdes, L) und Aktivität ermittelten Zusammen¬ hängen (24, 25) die Bindungsparameter bestimmt werden, die die Bindung der Einzelmoleküle (21) an das Sondenmolekül (5) im desorbierten Zustand und in den an die verschiedenen Adsorption surface (7) of at least one further adsorption body (6) as a function of the activity of the individual moons. leküle (21) is determined, and that based on between De- sorptionsgröße (F of, L) and activity determined together ¬ hanging (24, 25) to determine the binding parameters, the binding of the individual molecules (21) to the probe molecule (5) in the desorbed state and in the different ones
Adsorptionsflächen (7) adsorbierten Zuständen des Sondenmoleküls (5) beschreiben.  Describe adsorption surfaces (7) adsorbed states of the probe molecule (5).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Desorptionsgröße (Fdes, L) bei verschiedenen Temperaturen in Abhängigkeit von der Aktivität der Einzelmoleküle (21) bestimmt wird und dass anhand von zwischen Desorptionsgröße (Fdes, L) und Aktivität ermittelten Zusammenhängen (24, 25) die Bindungsparameter bestimmt werden, die die Bindung der Einzelmoleküle (21) an das Sondenmolekül (5) in den desorbierten und adsorbierten Zuständen des Sondenmoleküls (5) bei den verschiedenen Temperaturen beschreiben. characterized in that the desorption size (F des , L) at different temperatures depending on the activity of the individual molecules (21) is determined and determined on the basis of determined between desorption size (F des , L) and activity relationships (24, 25) the binding parameters describe the binding of the single molecules (21) to the probe molecule (5) in the desorbed and adsorbed states of the probe molecule (5) at the different temperatures.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s bei der Auswertung der Kraftplateaus (17) die Desorpti- onskraft (Fdes) bestimmt wird. characterized in that in the evaluation of the power plateau (17) the desorpti- onskraft (F des ) is determined.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s als zu ermittelnden Bindungsparameter die Bindungskonstanten (Ks, Kb) für die Bindung der Einzelmoleküle (21) an das characterized in that as the binding parameter to be determined the binding constants (K s , K b ) for the binding of the single molecules (21) to the
Sondenmolekül (5) im Gleichgewichtszustand und die mittlere Bindungstellenlänge (ds, db) bestimmt werden, wobei die Probe (5) in the equilibrium state and the average binding site length (d s , d b ) are determined, the
Bindungskonstanten (Ks, Kb) und die Bindungsstellenlänge (ds, db) jeweils für den an der jeweiligen Adsorptionsfläche (7) adsorbierten und den von der jeweiligen Adsorptionfläche (7) desorbierten Zustand des Sondenmoleküls (5) bestimmt werden. Binding constants (K s , K b ) and the binding site length (d s , d b ) respectively for the adsorbed on the respective adsorbent surface (7) and those of the respective adsorption surface (7) desorbed state of the probe molecule (5) are determined.
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s für die Ermittelung der Bindungsparameter (Kb, db) diejenigen Bindungsparameter, die dem von den Adsorptionsflächen (7) desorbierten Zustand des Sondenmoleküls (5) zugeordnet sind, gleich gesetzt werden. characterized in that for the determination of the binding parameters (K b , d b ), those binding parameters which are assigned to the state of the probe molecule (5) desorbed by the adsorption surfaces (7) are set equal.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 7. The method according to any one of claims 4 to 6
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s aus der Bindungskonstante eine Bindungsenergie (AG) pro d a d u r c h g e k e n c e s, the binding constant is a binding energy (AG) per s
Einzelmolekül (21) bestimmt wird. Single molecule (21) is determined.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7 8. The method according to any one of claims 4 to 7
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Bindungsparameter durch Anpassen einer Ausgleichsfunktion (24, 25) an Messwerte der Desorptionskraft (FdeS) bestimmt werden, wobei die Messwerte gegen die Änderung der Aktivität aufgetragen sind und die Parameter der Ausgleichsfunktion die Bindungskonstanten (Ks, Kb) und die mittlere Bindungsstellen¬ länge (ds, db) für den adsorbierten und desorbierten Zustand des Sondenmoleküls (5) sind. characterized in that the binding parameters are determined by adjusting a compensation function (24, 25) on measured values of the desorption force (F deS ), the measured values being plotted against the change in activity and the parameters of the compensation function being the binding constants (K s , K b ) and the mean binding sites ¬ length (d s , d b ) for the adsorbed and desorbed state of the probe molecule (5).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 9. The method according to any one of claims 1 to 3
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s bei der Auswertung der Kraftplateaus (17) die Desorptionslän- ge (L) bestimmt wird und aus der Abhängigkeit der Desorpti- onslänge (L) von der Aktivität der Einzelmoleküle (21) eineIn the evaluation of the force plateaus (17), the desorption length (L) is determined and from the dependence of the desorption length (L) on the activity of the single molecules (21) a
Anzahl der an das Sondenmolekül (5) gebundener Einzelmoleküle (21) bestimmt wird. Number of bound to the probe molecule (5) single molecules (21) is determined.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 10. The method according to any one of claims 1 to 9
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Einzelmoleküle (21) in einem Lösungsmittel (9) gelöst werden . The individual molecules (21) can be dissolved in a solvent (9).
11. Verfahren nach Anspruch 10 11. The method according to claim 10
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein gasfömiges oder flüssiges Lösungsmittel (9) verwendet wird . characterized in that a gaseous or liquid solvent (9) is used.
12. Vorrichtung zur Untersuchung von Molekülbindungen mit:12. Device for studying molecular bonds with:
- einem Adsorptionskörper (6), der mit einer Adsorptionsflä¬ che (7) versehen ist, an adsorption body (6) provided with an adsorption surface (7),
- einem Messkopf (2), dessen Abstand von der Absorptionsflä¬ che (7) veränderbar ist, - A measuring head (2) whose distance from the Absorptionsflä ¬ che (7) is variable,
- einer Kraftmessvorrichtung (11-14), mit der eine zwischen Messkopf (2) und Adsorptionsfläche (7) wirkende Kraft messbai ist, und mit  - A force measuring device (11-14), with a force acting between the measuring head (2) and adsorption surface (7) is Meßbai, and with
- einer an die Kraftmessvorrichung (11-14) angeschlossene Auswerteeinheit (15),  an evaluation unit (15) connected to the force measuring device (11-14),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Auswerteeinheit (15) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist. The evaluation unit (15) is set up to carry out a method according to one of claims 1 to 11.
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